多功能錄播系統在精品資源共享課建設中的應用研究

荊林燕 廖俊杰 馬堅麗

（廣東輕工職業技術學院教務處，廣東 廣州 510300）

1 引言

2011年教育部決定在“十二五”期間實施“國家精品開放課程”項目，未來五年將組織高校建設5000門精品資源共享課。2012年教育部辦公廳頒布了《精品資源共享課建設工作實施辦法》（教高廳[2012]2號），文件中明確提出，精品資源共享課以量大面廣的公共基礎課、專業基礎課和專業核心課為重點，以課程資源系統、豐富和適應網絡傳播為基本目標，經過國家、省、校三級建設，形成普通本科教育、高等職業教育、網絡教育多層次、多類型的優質課程教學資源共建共享體系，為高校師生和社會學習者提供優質課程教學資源[1]。在精品資源共享課建設過程中，課程教學錄像是重要環節。教學錄像質量的高低直接影響到教學效果，優秀的教學錄像不僅能促進學生最大程度地利用網絡多媒體資源進行在線預習、學習和復習，幫助教師進行溝通交流、提高教學水平，更在推動教學改革和課程建設中起著重要的作用。

2 精品資源共享課教學錄像制作中存在的問題

精品資源共享課不是取代精品課程，而是對原有精品課程進行轉型升級。精品資源共享課建設的關鍵是基于服務，面向轉型基礎上的課程整體創新設計，實現原有精品課程各項建設內容、教學過程、教學方法和教學資源的升級與規范化[2]。其中，教學錄像既是精品共享資源課程建設的重要組成部分，又是轉型升級的難點。因此，在國家級精品資源共享課建設技術要求中，專門對教學錄像做了技術要求。然而，在目前資源共享課程錄制中仍存在著一些問題亟待解決。

2.1 教學錄像鏡頭單一，缺乏視覺吸引力

目前在精品資源共享課程錄制中大都采用兩機位的錄制方式,一臺攝像機拍主講教師，另一臺攝像機拍黑板或投影屏幕。由于變換景別和拍攝角度將會產生一些垃圾鏡頭，因此錄制的視頻畫面景別變化很少。主講教師成為畫面中唯一的主角，很少穿插教師與學生交互的鏡頭。并且經常是長時間都停留在教師上身像，這樣就導致畫面過于呆板，不能很好地還原課堂情境，缺乏感染力。對在線學習者來說缺乏視覺吸引力，長時間學習容易產生厭學情緒。

2.2 課程錄制畫面模糊，無法看清講授內容

傳統課程錄制受場地、錄制設備所限，拍攝的視頻畫面往往不夠清晰。比如當教師通過投影屏幕展示教學內容或在黑板上書寫板書時，需要一臺攝像機的特寫或近景鏡頭拍講授內容，然而在實際錄制過程中由于攝像機性能質量、現場燈光及視音頻壓縮技術等因素的影響，導致最終輸出的視頻質量層次不齊。有很多教學錄像畫面不清晰，尤其是當一頁PPT內容過多或字體顏色與背景色對比度小時，視頻數據經過壓縮后，PPT畫面內容會模糊不清，嚴重影響遠程學習者的學習效果。

2.3 錄制資源更新速度慢，難以滿足課程更新需要

按照傳統的視頻制作方法，教學錄像的制作完成需要經過前期準備、拍攝、編輯和壓縮上網等環節，每課時課堂實錄常常需要花費很多時間。資源共享課服務的重點是“共享”，這就要求制作教學錄像是一個不斷更新和充實的過程。而在實際的課程建設中，由于教學錄像制作的每個環節均需要消耗大量的人力、物力和時間，很難將教學錄像及時地進行更新和傳播到網絡，這樣就直接影響了教學錄像上網及更新的效率。

以上的缺點表明，現有的“雙機拍攝——后期編輯”模式已經明顯不能滿足資源共享課程教學實錄的制作需求，迫切需要革新傳統課堂錄播技術，構建適合于精品資源共享課程的錄播系統。為此，廣東輕工職業技術學院聯合廣州力富視頻科技有限公司，共同搭建了多功能錄播系統，以滿足我校精品資源共享課程建設的需要。

3 多功能錄播系統的總體架構

多功能錄播系統是通過使用現代多媒體網絡技術，協同控制錄制機、攝像機、拾音器、調音臺以及電子白板等設備，營造一個高精度屏幕顯示、高保真音質的現代化多媒體視聽教學環境。該系統主要由六個子系統構成，分別是圖像定位子系統、智能導播子系統、課件實時錄制子系統、課件非線性編輯子系統、視頻子系統和音頻子系統。整個系統分布在一間專業錄播教室中，錄播室由主播室和控制室組成（如圖1所示）。其中前三個子系統為整個系統的核心部分，下面作簡要介紹。

圖1 多功能錄播系統拓撲圖

3.1 圖像定位子系統

圖像定位子系統主要采用圖像識別技術，利用圖像匹配模型進行目標的定位、跟蹤、識別。圖像識別屬于人工智能研究領域，是通過存儲的信息(記憶中存儲的信息)與當前的信息(當時進人感官的信息)進行比較實現對圖像的識別[3]。與傳統紅外、超聲波跟蹤系統相比較，其具有抗干擾性強、自動對焦、保障畫面質量以及環保等優點。該子系統分為教師跟蹤系統和學生定位系統。教師跟蹤系統具有出眾的跟蹤性能，無論是教師在上課時快速走動講授內容，系統均能準確無誤地采用不同策略進行自動跟蹤拍攝。整個跟蹤過程畫面連續、穩定、平滑、過渡自然。當教師步伐較快時，系統可以自動切換至教師全景鏡頭；當教師站定在一個位置時，系統會自動切換至教師特寫鏡頭。學生定位系統通過分布在教室兩側的定位攝像頭，定位拍攝學生視頻。當學生站起來進行發言時，教室兩側的定位攝像頭會對學生進行畫面定位，學生特寫攝像機會自動地采用特寫鏡頭進行拍攝，學生發言結束后，系統自動返回教師跟蹤系統。

3.2 智能導播子系統

智能導播子系統集傳統自動錄播系統的導播功能和特技切換臺功能于一體，是具有多媒體數據（視頻、音頻、VGA、文本、圖片等）實時切換與錄播功能的系統軟件，實現了調音臺、切換臺、字幕機等傳統硬件錄播系統的主要功能。通過瀏覽器輸入IP地址，便可在導播軟件上遠程控制錄制教室的四路視頻畫面和VGA畫面。與傳統導播系統相比較，其具有遠程導播、自動定義的多視頻疊加和隨意界面配色等功能。它主要用于課程錄制過程中多個場景及多路視頻信號源、視/音頻文件和計算機畫面之間的自動切換。系統可以隨著教學活動的變化智能選擇切換策略，并實現帶特效功能的智能導播，例如字幕添加、多種畫面切換效果和自動生成片頭等。

3.3 課件實時錄制子系統

課件實時錄制子系統可以制作帶教學課件與索引的教學錄像。該種教學錄像以網頁形式存在并利用網絡瀏覽器進行教學信息瀏覽，瀏覽器窗口分為主講窗口、索引窗口和教學內容窗口三部分。該系統具有動態屏幕捕獲功能和自動生成文字索引功能，能夠將計算機屏幕內容，包括鼠標運動軌跡、電子白板內容等完全錄制下來，并將課件分成多個章節和知識點，以供學習者學習。最終輸出有音視頻電子文檔的流媒體課件，其壓縮率較高，能夠直接發布到流媒體服務器上供網絡學習者點播觀看。

4 多功能錄播系統在精品資源共享課教學錄制中的應用

廣東輕工職業技術學院的多功能錄播系統自建成后，投入使用兩年來，已成功錄制完成大量精品資源共享課程，并受到了廣大教師的一致好評。筆者作為攝錄人員，實際參與了全校精品資源共享課的錄制工作。依據精品資源共享課建設技術要求和錄制課程的不同類型，筆者總結出多功能錄播系統在資源共享課教學錄制中的優勢及應用模式，以供同行參考。

4.1 多功能錄播系統在精品資源共享課教學錄制中的優勢

4.1.1 多鏡頭合理切換，還原真實課堂情境

在傳統錄播模式下，由于只有兩個機位進行課程的錄制，無法還原真實的課堂情境。在多功能錄播系統中包括五路鏡頭，能夠實現不同景別的自然切換，為全面展示課堂教學情境提供了可能。其中四路為攝像機信號，一路為VGA采集卡采集的電腦信號。四路攝像機中有兩臺安裝在教室的后方，負責拍攝教師特寫鏡頭和教師全景鏡頭。另外兩臺安裝在教室的前方，負責拍攝學生的特寫鏡頭和學生全景鏡頭。系統主要采用圖像識別技術，實現攝像系統的自動跟蹤。在課件錄制過程中，系統能夠避免因攝像機的轉動、變焦等產生的垃圾畫面。例如當開展互動教學時，系統可以對教師特寫鏡頭、教師全景鏡頭、學生特寫鏡頭和學生全景鏡頭進行自動變焦跟蹤，實現多鏡頭間的自動切換。當教師在電腦上進行課件演示時，系統會自動切換到VGA采集卡采集的信號。系統的跟蹤靈敏度和平滑度可以根據教學情況進行調整，使拍攝的教學過程更加生動，為在線學習者提供了真實課程教學情境，確保上課內容更加真實清晰。

4.1.2 操作化繁為簡，實現教學常態化

在多功能錄播系統建成之前，我校主要采用教師上課現場和演播室兩種錄制方式。但不論何種方式，都需要有兩名以上專業技術人員，尤其是在上課現場錄制時需要做大量的前期工作。因此傳統的錄播方式操作復雜，工作人員任務繁重。而多功能錄播系統中所包含的全自動錄播模式則能夠化繁為簡，實現教學常態化。它的優勢在于操作過程、錄制方式和后期編輯都比較簡單。前段可以實現無人操作，整個錄制過程只需一個后臺導播人員即可完成全部操作，錄制的人力成本大大降低。同時，教師經過培訓后，使用講臺上的控制按鈕一樣可以完成錄制工作。錄制完成后無需大量時間編輯，可以大量及時生成課程視頻。從而使課程錄制工作化繁為簡，真正實現了教學常態化。

4.1.3 先進的視音頻壓縮編碼技術，實現課程視頻的有效傳播

為保證資源共享課程的教學視頻質量，在進行課程錄制時選用高清錄制模式。高清模式下錄制的原始視頻圖像清晰度高，但數據量非常很大，無法在網上進行傳播。如何在保證畫面質量的前提下減少數據量，數據壓縮技術是關鍵。為此《國家級精品資源共享課建設技術要求》對視頻錄像壓縮標準做了具體規定，如表1所示。多功能錄播系統提供了先進的視音頻壓縮編碼技術，不僅包括目前最常用的MPEG-4和H.264兩種壓縮編碼技術，還包括MPEG-2、WMV-HD、MPEG-4AVC等。其中MPEG-4生成微軟格式的ASF流媒體格式文件，可被所有的多媒體計算機媒體播放器直接訪問瀏覽。流媒體技術是為解決網絡直播、遠程教學、遠程監控、視頻點播和視頻會議等多媒體信息源在網絡傳輸中出現的實時性和接收到的多媒體信息的質量等問題的一種新技術[4]。因此，通常在全自動錄播模式中，將輸出的格式設定為MP4文件格式，這樣系統能夠實現一邊攝錄一邊壓縮數據信號，且將信號直播到遠程終端，供在線學習者共享視頻資源。

表1 《國家級精品資源共享課建設技術要求》[5]

4.2 多功能錄播系統在精品資源共享課教學錄制中的應用模式

4.2.1 基于圖像識別技術的全自動應用模式

基于圖像識別技術的全自動應用模式，主要依托錄播系統中的圖像定位系統、智能導播系統和遠程自動控制技術，自動記錄課堂教學的全部活動。該模式中錄制人員不需要在授課現場，授課教師也無需做任何輔助操作，便可完成課程錄制。這樣不但避免了環境因素對教師授課的影響，而且保證了教學效果。該模式適用于教師和學生的位置相對固定，例如教師只能在感應區域內活動。因此當錄制理論講授課、匯報課和復習課等類型的課程時，通常使用全自動應用模式。它的優點包括：（1）自動化程度高、抗干擾能力強；（2）整個錄制過程無需人工干預便可完成錄制工作；（3）能夠實時錄制大批量的課程，滿足了課程更新的需要。可以說該模式將“教師一邊上課一邊錄課，教學錄像實時生成”成為現實。

4.2.2 基于圖像識別技術的半自動應用模式

所謂基于圖像識別技術的半自動應用模式，是指在圖像定位系統開啟的前提下，導播人員通過智能導播控制界面或教師通過數字化控制臺對不同場景進行切換，以達到最佳教學效果。該模式與全自動模式唯一區別在于，當某些鏡頭無法滿足錄制要求時，可以通過“人工干預”對鏡頭進行合理切換。這里提到的“人工干預”指的是主講教師或導播人員手動切換不同的鏡頭畫面。值得一提的是在講臺上設有數字化控制臺，包括“一鍵開始/停止”、“一鍵開/關系統”、“錄制通道”等按鍵。教師可以操作數字化控制臺，輕松實現滿足自身教學要求的視頻。換言之，該模式也解決了“會教書的人不會編輯，會編輯的人不教書”的問題[6]。

4.2.3 傳統人工導播應用模式

傳統人工導播應用模式也是錄播系統用于精品資源共享課教學錄像制作最多、最實用的模式之一。在此模式中，導播人員主要利用遠程控制系統和人工導播平臺完成整個教學錄像的錄制工作[7]。對于高等職業院校的共享課教學錄制來說，尤其強調實踐技能的講授，因此在拍攝實操類精品資源共享課教學錄像時，需要導播人員在控制室根據講授內容實時調整景別，切換不同場景，以達到最佳錄制效果。該模式適合于錄制一些有特殊要求的課程，例如在開展互動教學、情境教學、實驗教學等課程時，教師和學生的位置比較靈活，全自動或半自動應用模式都無法滿足課程的錄制需求。

5 精品資源共享課課程錄制的管理機制

根據實際情況，我校已形成了一套運轉良好精品資源共享課教學錄像制作的管理機制（如圖2所示），整個過程分為預約錄制-確定模式-進行錄制-檢查視頻-視頻發布。（1）預約錄制：首先教師需閱讀《課程錄制注意事項》并填寫《錄播室預約登記表》，確定錄播模式。（2）確定模式：如果選擇“傳統人工導播模式”或“基于圖像的半自動模式”時，教師需附一份課程錄像腳本，方便導播人員了解教學活動。然后將表交予相關工作人員，確定錄制時間。（3）進行錄課：安排教師進行課程錄制工作。（4）審核視頻：教師對錄制好的視頻進行審核，如果符合要求便進入下一步，否則重新預約錄制。（5）視頻發布，將審核好的視頻上傳到精品資源共享課網站，完成視頻發布環節。我校多功能錄播系統自投入使用以來，不僅滿足了我校精品資源共享課的錄制需求，還滿足節省課程的錄制成本，提高了教學錄像的效率和質量。

圖2 精品資源共享課錄制的管理機制

6 結語

建設精品資源共享課的根本目標是服務高校師生和學習者，實現優質資源的共享，使精英教育成為平民教育。只有不斷將新技術、新媒體、新理念融入到課程資源的建設中，才能實現真正的開放共享。相信隨著網絡技術和多媒體技術的不斷發展，新興科技產物將為資源共享課程建設作出重要貢獻。

[1]教育部辦公廳關于印發“精品資源共享課建設工作實施辦法”的通知[S].教高廳[2012]2 號.http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3843/201206/137250.html.

[2]胡來林.精品資源共享課建設策略研究[J].遠程教育雜志，2012，(6)：80-85.

[3]范立南，韓曉微，張廣淵.圖像處理與模式識別[M].北京：科學出版社，2007.

[4][6]張飛碧.全自動智能錄播系統的架構分析[J].中國電化教育，2008，(5)：104-108.

[5]教育部高等教育司.國家級精品資源共享課建設技術要求(2012年版)[EB/OL].(2012-06-01)[2013-07-25].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s6288/201206/137333.html.

[7]鄧文新.錄播系統在精品課程教學錄像制作中的應用研究[J].中國電化教育，2008，（5）：101-103.